長輸油氣管道站控系統(tǒng)對燃料氣撬電加熱器控制的優(yōu)化提升

閆龍 袁野 趙江會

摘 要：本文以長輸油氣管道站控系統(tǒng)對燃料氣撬電加熱器控制的基本原理、主要功能進(jìn)了分析和闡述，同時對燃料氣撬電加熱器控制的優(yōu)化提升提出了解決方案，對優(yōu)化提升的必要性、實(shí)現(xiàn)方式、預(yù)期效果以及積極意義等方面進(jìn)行了闡述，旨在為實(shí)現(xiàn)站控系統(tǒng)對燃料氣撬電加熱器控制的創(chuàng)新和突破提供合理化解決方案和建議，提高長輸管道輔助設(shè)備的自動化控制水平，為提高站場輔助設(shè)備的操作及監(jiān)護(hù)效率，降低員工傷亡風(fēng)險(xiǎn)，保障生產(chǎn)安全起到一定的參考借鑒意義。

關(guān)鍵詞：長輸管道;燃料氣撬;自動化控制

1 概述

作為長輸油氣管道站場重要的輔助設(shè)備，燃料氣撬通常作為壓縮機(jī)、發(fā)電機(jī)、燃?xì)鈾C(jī)組、生活用氣等管道運(yùn)行生產(chǎn)關(guān)鍵設(shè)備和區(qū)域的燃料來源，是將主管道的高壓氣體調(diào)節(jié)到滿足壓縮機(jī)、發(fā)電機(jī)、燃?xì)鈾C(jī)組所需的低壓燃料氣然后提供給用氣設(shè)備的成套撬裝設(shè)備。作為站場自動化控制系統(tǒng)的第三方設(shè)備之一，燃料氣撬通常配有獨(dú)立的控制系統(tǒng)，站控系統(tǒng)通過硬線連接、第三方通訊等方式實(shí)現(xiàn)與燃料氣撬的數(shù)據(jù)采集與控制。目前國內(nèi)外大多數(shù)長輸油氣管道站控系統(tǒng)對燃料氣撬的監(jiān)控參數(shù)通常包括流量、溫度、壓力、加熱器狀態(tài)、報(bào)警等，實(shí)現(xiàn)了燃料氣撬系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)視與控制的基本功能。通過站控系統(tǒng)人機(jī)界面可實(shí)現(xiàn)燃料氣撬參數(shù)的讀取、閥門的開關(guān)、流量監(jiān)視、報(bào)警管理、事件記錄、歷史趨勢記錄等功能。近年來，隨著運(yùn)營單位對“精細(xì)化管理”、“節(jié)支降耗”、“安全生產(chǎn)”等管理理念的深入實(shí)行，對站場輔助設(shè)備自動化控制水平的要求也逐步提升。如何實(shí)現(xiàn)對燃料氣撬更優(yōu)的控制，逐漸成為生產(chǎn)運(yùn)營單位新的科研課題。

2 目的和必要性

天然氣冰堵是燃料氣撬在生產(chǎn)運(yùn)行中面臨的主要風(fēng)險(xiǎn)因素，其成因主要是氣體減壓時會對外做功，使部分管段溫度降低，氣體中的水蒸氣產(chǎn)生凝結(jié)，嚴(yán)重時導(dǎo)致管段發(fā)生冰堵現(xiàn)象，對局部管段形成冰阻塞。天然氣冰堵現(xiàn)象的發(fā)生會致使關(guān)鍵設(shè)備氣源中斷，導(dǎo)致設(shè)備損壞，嚴(yán)重的甚至?xí)鹕a(chǎn)安全事故。目前國內(nèi)多數(shù)長輸油氣管道站場利用加熱爐、電加熱器等加熱設(shè)備對天然氣管路進(jìn)行加熱，或在燃料氣撬、閥門引壓管等易堵管段安裝電伴熱帶，使氣體溫度保持在水露點(diǎn)以上，實(shí)際應(yīng)用效果明顯。由此可見，燃料氣撬電加熱器系統(tǒng)是針對性防止和解決冰堵問題的關(guān)鍵設(shè)備。

結(jié)合目前國內(nèi)外已建成長輸油氣管道現(xiàn)狀，燃料氣撬多作為站控系統(tǒng)外獨(dú)立成撬的第三方輔助設(shè)備，設(shè)計(jì)過程中，僅要求站控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對燃料氣撬的基本數(shù)據(jù)采集和控制，一些關(guān)鍵操作如電加熱系統(tǒng)啟、停、故障復(fù)位、電加熱器溫度遠(yuǎn)程PID調(diào)節(jié)、燃料氣系統(tǒng)故障監(jiān)視等操作則通常需要由操作人員在現(xiàn)場完成，這大大降低了操作效率，增加了操作人員的工作量，對管道的安全平穩(wěn)運(yùn)行產(chǎn)生了一定的影響，亦不利于節(jié)支降耗的實(shí)現(xiàn)。

3 解決方案

根據(jù)上述實(shí)際情況，本文對長輸管道站控系統(tǒng)對燃料氣撬電加熱器控制的優(yōu)化提升提出了如下建議和解決方案。

3.1 總體思路

在站控系統(tǒng)上完全實(shí)現(xiàn)燃料氣撬自有控制系統(tǒng)的全部功能，并將關(guān)鍵參數(shù)納入站控系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)備份、歷史事件記錄、報(bào)警記錄、歷史趨勢等功能。通過站控系統(tǒng)操作員工作站實(shí)現(xiàn)對燃料氣撬電加熱器控制系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)視和控制功能;在站控系統(tǒng)操作員工作站上增加電加熱器控制面板，實(shí)現(xiàn)電加熱器的遠(yuǎn)程啟停、復(fù)位等功能;在站控系統(tǒng)操作員工作站上增加電加熱器系統(tǒng)狀態(tài)報(bào)警頁面，實(shí)時顯示電加熱器報(bào)警、運(yùn)行狀態(tài)、溫度、流量等參數(shù);通過遠(yuǎn)程對加熱器進(jìn)行啟停控制、溫度監(jiān)視或者自動PID溫度調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)加熱器系統(tǒng)的精準(zhǔn)監(jiān)控，提升加熱器工作效率，達(dá)到節(jié)支降耗的目的;在站控系統(tǒng)中建立數(shù)據(jù)庫，顯示電加熱器參數(shù)的實(shí)時趨勢曲線和歷史曲線。

3.2 方案簡述

上述優(yōu)化提升目的的實(shí)現(xiàn)，需要從燃料氣撬新增狀態(tài)采集、控制命令增加、RS485串口通訊數(shù)據(jù)采集、PLC程序編寫、上位機(jī)畫面組態(tài)、工作站數(shù)據(jù)庫添加等幾項(xiàng)內(nèi)容出發(fā)，方案如下：

3.2.1 新增狀態(tài)的采集

新增每臺電加熱器的運(yùn)行、停止?fàn)顟B(tài)和故障報(bào)警狀態(tài)。新增的狀態(tài)通過在燃料氣撬電加熱器控制柜和PLC機(jī)柜之間敷設(shè)跨接電纜的形式，實(shí)現(xiàn)硬線信號的采集傳輸，將上述信號連接至PLC的備用數(shù)字量通道;在PLC程序中開發(fā)相應(yīng)的程序，采集相應(yīng)信號，分配供人機(jī)界面采集的數(shù)據(jù)地址。其他狀態(tài)如電加熱器的就地遠(yuǎn)控狀態(tài)、手自動狀態(tài)、斷路器、接觸器等狀態(tài)則通過串口通訊方式，通過站控系統(tǒng)已有串口通信設(shè)備或增加串口采集設(shè)備實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。

3.2.2 控制命令增加

新增每臺電加熱器的啟動、停止、復(fù)位等命令。需要對燃料氣撬電加熱器控制方式進(jìn)行改造，通過修改接線、增加繼電器等方式，實(shí)現(xiàn)就地和遠(yuǎn)程的雙重控制模式;新增的狀態(tài)通過在燃料氣撬電加熱器控制柜和PLC機(jī)柜之間敷設(shè)跨接電纜的方式實(shí)現(xiàn)狀態(tài)采集和命令傳輸，將上述信號連接至PLC的備用數(shù)字量通道;在PLC程序中開發(fā)相應(yīng)的程序，采集相應(yīng)信號，分配供人機(jī)界面采集的數(shù)據(jù)地址。

3.2.3 RS485串口通訊數(shù)據(jù)采集

根據(jù)需求完成對燃料氣撬電加熱系統(tǒng)RS485串口通訊數(shù)據(jù)的采集。對于已有串口通信設(shè)備且設(shè)備有空余通道的站場，將燃料氣撬電加熱器控制器中的相應(yīng)信號，通過RS232-485轉(zhuǎn)換器接入現(xiàn)有串口協(xié)議轉(zhuǎn)換器;在上位機(jī)中完成相應(yīng)數(shù)據(jù)庫和通訊連接的建立，完成采集。對于沒有串口通信設(shè)備的站場或串口通信設(shè)備無空余端口的情況下，通過增加串口通信模塊、串口通信協(xié)議轉(zhuǎn)換器的方式實(shí)現(xiàn)新增串口信號的采集。

3.2.4 數(shù)據(jù)庫建立和畫面組態(tài)

在站控系統(tǒng)上位機(jī)完成燃料氣撬電加熱系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫、通訊連接的建立，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和下發(fā);在上位機(jī)中建立燃料氣撬電加熱系統(tǒng)的控制面板、組態(tài)畫面、報(bào)警、參數(shù)列表、趨勢等。在調(diào)控中心上位機(jī)完成燃料氣撬電加熱系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫、通訊連接的建立、畫面的組態(tài)，實(shí)現(xiàn)調(diào)控中心的數(shù)據(jù)采集和下發(fā)。

3.3 預(yù)期效果

燃料氣撬電加熱器系統(tǒng)的優(yōu)化提升本著充分利用現(xiàn)有軟件和硬件設(shè)備和空余通道、原有數(shù)據(jù)庫和上位機(jī)系統(tǒng)的原則，做到用最少的成本和工作量實(shí)現(xiàn)預(yù)期功能。電加熱器啟動、停止、運(yùn)行、故障和復(fù)位等硬線信號接入現(xiàn)有PLC模板的空余通道，通過PLC編程，利用程序?qū)崿F(xiàn)燃料氣撬電加熱系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制;加熱器控制模式、加熱芯溫度、斷路器狀態(tài)、接觸器狀態(tài)等信號，通過站控系統(tǒng)現(xiàn)有通訊協(xié)議轉(zhuǎn)換器進(jìn)行信號采集和傳輸，在現(xiàn)有站控系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫建立和畫面組態(tài)。調(diào)控中心和站場可通過一個單獨(dú)的上位機(jī)頁面完成對本站場或全線所有站場全部電加熱器的狀態(tài)監(jiān)視，以及啟、停、復(fù)位等功能，也可以通過點(diǎn)擊圖標(biāo)進(jìn)入單獨(dú)站場的加熱器控制界面，實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)場一樣的更詳細(xì)、更直觀的監(jiān)視和控制功能，實(shí)現(xiàn)對加熱器各項(xiàng)性能參數(shù)的全方位實(shí)時精準(zhǔn)監(jiān)控，提升加熱器工作效率，達(dá)到減少操作人員工作量和節(jié)支降耗的目的。

通過在站控系統(tǒng)中對電加熱器系統(tǒng)啟、停、復(fù)位、控制模式切換等命令，以及故障報(bào)警等狀態(tài)進(jìn)行事件和報(bào)警記錄，實(shí)現(xiàn)報(bào)警、事件的記錄的有跡可循;通過將加熱器溫度、流量等關(guān)鍵模擬量參數(shù)的趨勢記錄，實(shí)現(xiàn)加熱器關(guān)鍵參數(shù)歷史趨勢可查;操作人員可通過溫度PID調(diào)節(jié)面板實(shí)現(xiàn)從操作員工作站遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)加熱器溫度的目的。

4 結(jié)論和意義

“精細(xì)化管理”和“節(jié)支降耗”是長輸油氣管道發(fā)展的必然趨勢，站控系統(tǒng)對燃料氣撬電加熱器遠(yuǎn)程控制的優(yōu)化提升能夠有效減少現(xiàn)場操作人員工作量、提高站場輔助設(shè)備的操作及監(jiān)護(hù)效率、降低管道冰堵等安全風(fēng)險(xiǎn)，該技術(shù)的推廣將對提升長輸油氣管道自動化控制水平及站場運(yùn)行管理水平起到一定的積極意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]李文波，蘇國勝.國外長輸管道安全管理與技術(shù)綜述[J].安全，健康和環(huán)境，2005（1）：1-3.

[2]丁昱.燃?xì)庹{(diào)壓撬的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2012（18）：128-128.

[3]汪家旺.淺談長輸管道站場自用氣調(diào)壓撬應(yīng)用[J].中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2013（04）：92-92.